The CD1d natural killer T-cell antigen presentation pathway is highly conserved between humans and rhesus macaques

Natural killer T (NKT) cells play an important role in controlling cancers, infectious diseases and autoimmune diseases. Although the rhesus macaque is a useful primate model for many human diseases such as infectious and autoimmune diseases, little is known about their NKT cells. We analyzed Valpha24TCR+ T cells from rhesus macaque peripheral blood mononuclear cells stimulated with aalpha-galactosylceramide (a-GalCer) and interleukin-2. We found that rhesus macaques possess Va24TCR+ T cells, suggesting that recognition of alpha-GalCer is highly conserved between rhesus macaques and humans. The amino acid sequences of the V-J junction for the Valpha24TCR of rhesus macaque and human NKT cells are highly conserved (93% similarity), and the CD1d alpha1-alpha2 domains of both species are highly homologous (95.6%). These findings indicate that the rhesus macaque is a useful primate model for understanding the contribution of NKT cells to the control of human diseases.

Development of a bifunctional CD1d-anti-HER2 scFv fusion molecule to redirect the iNKT cell-mediated immune response to the tumor site

Abstract : Invariant natural killer T lymphocytes (iNKT) are a unique subpopulation of T lymphocytes recognizing glycolipid antigens in the context of the MHC class I-like molecule CD1d. Upon activation with the high affinity ligand α-galactosylceramide (αGalCer), iNKT cells rapidly produce large amounts of the pro-inflammatory cytokine interferon gamma (IFN-γ) and potently activate cells of the innate and adaptive immune response, such as dendritic cells (DCs), NK and T cells. In this context, iNKT cells have been shown to efficiently mediate antitumor activity, and recent research has focused on the manipulation of these cells for antitumor therapies. However, a major drawback of αGalCer as a free drug is that a single injection of this ligand leads to a short-lived iNKT cell activation followed by a long-term anergy, limiting its therapeutic use. In contrast, we demonstrate here that when αGalCer is loaded on a recombinant soluble CD1d molecule (αGalCer/sCD1d), repeated injections lead to a sustained iNKT and NK cell activation associated with IFN-γ secretion as well as with DC maturation. Most importantly, when the αGalCer/sCD1d is fused to an anti-HER2 scFv antibody fragment, potent inhibition of experimental lung metastasis and established subcutaneous tumors is obtained when systemic treatment is started two to seven days after the injection of HER2-expressing B16 melanoma cells, whereas at this time free αGalCer has no effect. The antitumor activity of the sCD1d-anti-HER2 fusion protein is associated with HER2-specific tumor localization and accumulation of iNKT, NK and T cells at the tumor site. Importantly, active T cell immunization combined with the sCD1d-anti-HER2 treatment leads to the accumulation of antigen-specific CD8 T cells exclusively in HER2-expressing tumors, resulting in potent tumor inhibition. In conclusion, sustained activation and tumor targeting of iNKT cells by recombinant αGalCer/sCD1d molecules thus may promote a combined innate and adaptive immune response at the tumor site that may prove to be effective in cancer immunotherapy. RESUME : Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines du complexe majeur d'histocompatibilité de classe I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. En revanche, l'étude présentée ici démontre que, si l'αGalCer est chargé sur des molécules récombinantes soluble CD1d (αGalCer/sCDld), des injections répétées aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si on fusionne la molécule αGalCer/sCD1d avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. De plus, une immunisation active combinée avec le traitement sCD1d-anti-HER2 aboutit à une accumulation des lymphocytes T CD8 spécifiques de l'antigène d'immunisation, ceci exclusivement dans des tumeurs qui expriment l'antigène HER2. Cette combinaison résulte dans une activité anti-tumeur accrue. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules recombinantes αGalCer/sCDld conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer. RESUME POUR UN LARGE PUBLIC : Le cancer est une cause majeure de décès dans le monde. Sur un total de 58 millions de décès enregistrés au niveau mondial en 2005, 7,6 millions (soit 13%) étaient dus au cancer. Les principaux traitements de nombreux cancers sont la chirurgie, en association avec la radiothérapie et la chimiothérapie. Néanmoins, ces traitements nuisent aussi aux cellules normales de notre corps et parfois, ils ne suffisent pas pour éliminer définitivement une tumeur. L'immunothérapie est l'une des nouvelles approches pour la lutte contre le cancer et elle vise à exploiter la spécificité du système immunitaire qui peut distinguer des cellules normales et tumorales. Une cellule exprimant un marqueur tumoral (antigène) peut être reconnue par le système immunitaire humoral (anticorps) et/ou cellulaire, induisant une réponse spécifique contre la tumeur. L'immunothérapie peut s'appuyer alors sur la perfusion d'anticorps monoclonaux dirigés contre des antigènes tumoraux, par exemple les anticorps dirigés contre les protéines oncogéniques Her-2/neu dans le cancer du sein. Ces anticorps ont le grand avantage de spécifiquement se localiser à la tumeur et d'induire la lyse ou d'inhiber la prolifération des cellules tumorales exprimant l'antigène. Aujourd'hui, six anticorps monoclonaux non-conjugés sont approuvés en clinique. Cependant l'efficacité de ces anticorps contre des tumeurs solides reste limitée et les traitements sont souvent combinés avec de la chimiothérapie. L'immunothérapie spécifique peut également être cellulaire et exploiter par immunisation active le développement de lymphocytes T cytotoxiques (CTL) capables de détruire spécifiquement les cellules malignes. De telles «vaccinations »sont actuellement testées en clinique, mais jusqu'à présent elles n'ont pas abouti aux résultats satisfaisants. Pour obtenir une réponse lymphocytaire T cytotoxique antitumorale, la cellule T doit reconnaître un antigène associé à la tumeur, présenté sous forme de peptide dans un complexe majeur d'histocompatibilité de classe I (CHM I). Cependant les cellules tumorales sont peu efficace dans la présentation d'antigène, car souvent elles se caractérisent par une diminution ou une absence d'expression des molécules d'histocompatibilité de classe I, et expriment peu ou pas de molécules d'adhésion et de cytokines costimulatrices. C'est en partie pourquoi, malgré l'induction de fortes réponses CTL spécifiquement dirigés contre des antigènes tumoraux, les régressions tumorales obtenus grâce à ces vaccinations sont relativement rares. Les lymphocytes «invariant Natural Killer T » (iNKT) forment une sous-population particulière de lymphocytes T reconnaissant des antigènes glycolipidiques présentés sur la molécule non-polymorphique CD1d, analogue aux protéines CMH I. Après activation avec le ligand de haute affinité α-galactosylceramide (αGalCer), les cellules iNKT produisent des grandes quantités de la cytokine pro-inflammatoire interferon gamma (IFN-γ) et activent les cellules du système immunitaire inné et acquis, telles que les cellules dendritiques (DC), NK et T. En conséquence, on a montré que les cellules iNKT exercent des activités anti-tumorales et la recherche s'est intéressée à la manipulation de ces cellules pour développer des thérapies anti-tumorales. Néanmoins, le désavantage majeur de l'αGalCer, injecté seul, est qu'une seule dose de ce ligand aboutit à une activation des cellules iNKT de courte durée suivie par un état anergique prolongé, limitant l'utilisation thérapeutique de ce glycolipide. Notre groupe de recherche a donc eu l'idée de développer une nouvelle approche thérapeutique où la réponse immunitaire des cellules iNKT serait prolongée et redirigée vers la tumeur par des anticorps monoclonaux. Concrètement, nous avons produit des molécules récombinantes soluble CD1d (sCD1d) qui, si elles sont chargés avec l'αGalCer (αGalCer/sCDld), aboutissent à une activation prolongée des cellules iNKT et NK associée avec la sécrétion d'IFN-γ et la maturation des cellules DC. Plus important, si la molécule αGalCer/sCD1d est fusionnée avec un fragment single-chain (scFv) de l'anticorps anti-HER2, la réponse immunitaire est redirigée à la tumeur pour autant que les cellules cancéreuses expriment l'antigène HER2. Les molécules αGalCer/sCDld ainsi présentées activent les lymphocytes iNKT. Avec cette stratégie, on observe une importante inhibition de métastases expérimentales aux poumons et de tumeurs sous-cutanées, même lorsque le traitement systémique est commencé 2 à 7 jours après la greffe des cellules de mélanome B16 transfectées avec l'antigène HER2. Dans les mêmes conditions le traitement avec l'αGalCer seul est inefficace. L'activité anti-tumorale de la protéine sCDld-anti-HER2 est associée à son accumulation spécifique dans des tumeurs exprimant le HER2 ainsi qu'avec une accumulation des cellules iNKT, NK et T à la tumeur. En conclusion, l'activation prolongée des cellules iNKT redirigées à la tumeur par des molécules récombinantes αGalCer/sCD1d conduit à l'activation de la réponse innée et adaptative au site tumoral, offrant une nouvelle stratégie prometteuse d'immunothérapie contre le cancer.

HARNESSING iNKT CELLS WITH RECOMBINANT CD1d FUSION PROTEINS TO REDIRECT INNATE AND ADAPTIVE IMMUNITY TO THE TUMOR

Les thérapies du cancer, comme la radiothérapie et la chimiothérapie, sont couramment utilisées mais ont de nombreux effets secondaires. Ces thérapies invasives pour le patient nécessitent d'être améliorées et de nombreuses avancées ont été faites afin d'adapter et de personnaliser le traitement du cancer. L'immunothérapie a pour but de renforcer le système immunitaire du patient et de le rediriger de manière spécifique contre la tumeur. Dans notre projet, nous activons les lymphocytes Invariant Natural Killer T (iNKT) afin de mettre en place une immunothérapie innovatrice contre le cancer. Les cellules iNKT sont une unique sous-population de lymphocytes T qui ont la particularité de réunir les propriétés de l'immunité innée ainsi qu'adaptative. En effet, les cellules iNKT expriment à leur surface des molécules présentes aussi sur les cellules tueuses NK, caractéristique de l'immunité innée, ainsi qu'un récepteur de cellules T (TCR) qui représente l'immunité adaptative. Les cellules iNKT reconnaissent avec leur TCR des antigènes présentés par la molécule CD1d. Les antigènes sont des protéines, des polysaccharides ou des lipides reconnus par les cellules du système immunitaire ou les anticorps pour engendrer une réponse immunitaire. Dans le cas des cellules iNKT, l'alpha-galactosylceramide (αGC) est un antigène lipidique fréquemment utilisé dans les études cliniques comme puissant activateur. Après l'activation des cellules iNKT avec l'αGC, celles-ci produisent abondamment et rapidement des cytokines. Ces cytokines sont des molécules agissant comme des signaux activateurs d'autres cellules du système immunitaire telles que les cellules NK et les lymphocytes T. Cependant, les cellules iNKT deviennent anergiques après un seul traitement avec l'αGC c'est à dire qu'elles ne peuvent plus être réactivées, ce qui limite leur utilisation dans l'immunothérapie du cancer. Dans notre groupe, Stirnemann et al ont publié une molécule recombinante innovante, composée de la molécule CD1d soluble et chargée avec le ligand αGC (αGC/sCD1d). Cette protéine est capable d'activer les cellules iNKT tout en évitant l'anergie. Dans le système immunitaire, les anticorps sont indispensables pour combattre une infection bactérienne ou virale. En effet, les anticorps ont la capacité de reconnaître et lier spécifiquement un antigène et permettent l'élimination de la cellule qui exprime cet antigène. Dans le domaine de l'immunothérapie, les anticorps sont utilisés afin de cibler des antigènes présentés seulement par la tumeur. Ce procédé permet de réduire efficacement les effets secondaires lors du traitement du cancer. Nous avons donc fusionné la protéine recombinante αGC/CD1d à un fragment d'anticorps qui reconnaît un antigène spécifique des cellules tumorales. Dans une étude préclinique, nous avons démontré que la protéine αGC/sCD1d avec un fragment d'anticorps dirigé contre la tumeur engendre une meilleure activation des cellules iNKT et entraîne un effet anti-tumeur prolongé. Cet effet anti-tumeur est augmenté comparé à une protéine αGC/CD1d qui ne cible pas la tumeur. Nous avons aussi montré que l'activation des cellules iNKT avec la protéine αGC/sCD1d-anti-tumeur améliore l'effet anti- tumoral d'un vaccin pour le cancer. Lors d'expériences in vitro, la protéine αGC/sCD1d-anti- tumeur permet aussi d'activer les cellules humaines iNKT et ainsi tuer spécifiquement les cellules tumorales humaines. La protéine αGC/sCD1d-anti-tumeur représente une alternative thérapeutique prometteuse dans l'immunothérapie du cancer. - Les cellules Invariant Natural Killer T (iNKT), dont les effets anti-tumoraux ont été démontrés, sont de puissants activateurs des cellules Natural Killer (NK), des cellules dendritiques (DC) et des lymphocytes T. Cependant, une seule injection du ligand de haute affinité alpha-galactosylceramide (αGC) n'induit une forte activation des cellules iNKT que durant une courte période. Celle-ci est alors suivie d'une longue phase d'anergie, limitant ainsi leur utilisation pour la thérapie. Comme alternative prometteuse, nous avons montré que des injections répétées d'αGC chargé sur une protéine recombinante de CD1d soluble (αGC/sCD1d) chez la souris entraînent une activation prolongée des cellules iNKT, associée à une production continue de cytokine. De plus, le maintien de la réactivité des cellules iNKT permet de prolonger l'activité anti-tumorale lorsque la protéine αGC/sCD1d est fusionnée à un fragment d'anticorps (scFv) dirigé contre la tumeur. L'inhibition de la croissance tumorale n'est optimale que lorsque les souris sont traitées avec la protéine αGC/sCD1d-scFv ciblant la tumeur, la protéine αGC/sCD1d-scFv non-appropriée étant moins efficace. Dans le système humain, les protéines recombinantes αGC/sCD1d-anti-HER2 et anti-CEA sont capables d'activer et de faire proliférer des cellules iNKT à partir de PBMCs issues de donneurs sains. De plus, la protéine αGC/sCD1d-scFv a la capacité d'activer directement des clones iNKT humains en l'absence de cellules présentatrices d'antigènes (CPA), contrairement au ligand αGC libre. Mais surtout, la lyse des cellules tumorales par les iNKT humaines n'est obtenue que lorsqu'elles sont incubées avec la protéine αGC/sCD1d-scFv anti- tumeur. En outre, la redirection de la cytotoxicité des cellules iNKT vers la tumeur est supérieure à celle obtenue avec une stimulation par des CPA chargées avec l'αGC. Afin d'augmenter les effets anti-tumoraux, nous avons exploité la capacité des cellules iNKT à activer l'immunité adaptive. Pour ce faire, nous avons combiné l'immunothérapie NKT/CD1d avec un vaccin anti-tumoral composé d'un peptide OVA. Des effets synergiques ont été obtenus lorsque les traitements avec la protéine αGC/sCD1d-anti-HER2 étaient associés avec le CpG ODN comme adjuvant pour la vaccination avec le peptide OVA. Ces effets ont été observés à travers l'activation de nombreux lymphocytes T CD8+ spécifique de la tumeur, ainsi que par la forte expansion des cellules NK. Les réponses, innée et adaptive, élevées après le traitement avec la protéine αGC/sCD1d-anti-HER2 combinée au vaccin OVA/CpG ODN étaient associées à un fort ralentissement de la croissance des tumeurs B16- OVA-HER2. Cet effet anti-tumoral corrèle avec l'enrichissement des lymphocytes T CD8+ spécifiques observé à la tumeur. Afin d'étendre l'application des protéines αGC/sCD1d et d'améliorer leur efficacité, nous avons développé des fusions CD1d alternatives. Premièrement, une protéine αGC/sCD1d dimérique, qui permet d'augmenter l'avidité de la molécule CD1d pour les cellules iNKT. Dans un deuxième temps, nous avons fusionné la protéine αGC/sCD1d avec un scFv dirigé contre le récepteur 3 du facteur de croissance pour l'endothélium vasculaire (VEGFR-3), afin de cibler l'environnement de la tumeur. Dans l'ensemble, ces résultats démontrent que la thérapie médiée par la protéine recombinante αGC/sCD1d-scFv est une approche prometteuse pour rediriger l'immunité innée et adaptive vers le site tumoral. - Invariant Natural Killer T cells (iNKT) are potent activators of Natural Killer (NK), dendritic cells (DC) and T lymphocytes, and their anti-tumor activities have been well demonstrated. However, a single injection of the high affinity CD1d ligand alpha-galactosylceramide (αGC) leads to a strong but short-lived iNKT cell activation followed by a phase of long-term anergy, limiting the therapeutic use of this ligand. As a promising alternative, we have demonstrated that when αGC is loaded on recombinant soluble CD1d molecules (αGC/sCD1d), repeated injections in mice led to the sustained iNKT cell activation associated with continued cytokine secretion. Importantly, the retained reactivity of iNKT cell led to prolonged antitumor activity when the αGC/sCD1d was fused to an anti-tumor scFv fragments. Optimal inhibition of tumor growth was obtained only when mice were treated with the tumor-targeted αGC/CD1d-scFv fusion, whereas the irrelevant αGC/CD1d-scFv fusion was less efficient. When tested in a human system, the recombinant αGC/sCD1d-anti-HER2 and -anti-CEA fusion proteins were able to expand iNKT cells from PBMCs of healthy donors. Furthermore, the αGC/sCD1d-scFv fusion had the capacity to directly activate human iNKT cells clones without the presence of antigen-presenting cells (APCs), in contrast to the free αGC ligand. Most importantly, tumor cell killing by human iNKT cells was obtained only when co- incubated with the tumor targeted sCD1d-antitumor scFv, and their direct tumor cytotoxicity was superior to the bystander killing obtained with αGC-loaded APCs stimulation. To further enhance the anti-tumor effects, we exploited the ability of iNKT cells to transactivate the adaptive immunity, by combining the NKT/CD1d immunotherapy with a peptide cancer vaccine. Interestingly, synergistic effects were obtained when the αGC/sCD1d- anti-HER2 fusion treatment was combined with CpG ODN as adjuvant for the OVA peptide vaccine, as seen by higher numbers of activated antigen-specific CD8 T cells and NK cells, as compared to each regimen alone. The increased innate and adaptive immune responses upon combined tumor targeted sCD1d-scFv treatment and OVA/CpG vaccine were associated with a strong delay in B16-OVA-HER2 melanoma tumor growth, which correlated with an enrichment of antigen-specific CD8 cells at the tumor site. In order to extend the application of the CD1d fusion, we designed alternative CD1d fusion proteins. First, a dimeric αGC/sCD1d-Fc fusion, which permits to augment the avidity of the CD1d for iNKT cells and second, an αGC/sCD1d fused to an anti vascular endothelial growth factor receptor-3 (VEGFR-3) scFv, in order to target tumor stroma environment. Altogether, these results demonstrate that the iNKT-mediated immunotherapy via recombinant αGC/sCD1d-scFv fusion is a promising approach to redirect the innate and adaptive antitumor immune response to the tumor site.

Tissue-specific segregation of CD1d-dependent and CD1d-independent NK T cells.

NKT cells, defined as T cells expressing the NK cell marker NK1.1, are involved in tumor rejection and regulation of autoimmunity via the production of cytokines. We show in this study that two types of NKT cells can be defined on the basis of their reactivity to the monomorphic MHC class I-like molecule CD1d. One type of NKT cell is positively selected by CD1d and expresses a biased TCR repertoire together with a phenotype found on activated T cells. A second type of NKT cell, in contrast, develops in the absence of CD1d, and expresses a diverse TCR repertoire and a phenotype found on naive T cells and NK cells. Importantly, the two types of NKT cells segregate in distinct tissues. Whereas thymus and liver contain primarily CD1d-dependent NKT cells, spleen and bone marrow are enriched in CD1d-independent NKT cells. Collectively, our data suggest that recognition of tissue-specific ligands by the TCR controls localization and activation of NKT cells.

Human invariant V alpha 24-J alpha Q TCR supports the development of CD1d-dependent NK1.1+ and NK1.1- T cells in transgenic mice.

A sizable fraction of T cells expressing the NK cell marker NK1.1 (NKT cells) bear a very conserved TCR, characterized by homologous invariant (inv.) TCR V alpha 24-J alpha Q and V alpha 14-J alpha 18 rearrangements in humans and mice, respectively, and are thus defined as inv. NKT cells. Because human inv. NKT cells recognize mouse CD1d in vitro, we wondered whether a human inv. V alpha 24 TCR could be selected in vivo by mouse ligands presented by CD1d, thereby supporting the development of inv. NKT cells in mice. Therefore, we generated transgenic (Tg) mice expressing the human inv. V alpha 24-J alpha Q TCR chain in all T cells. The expression of the human inv. V alpha 24 TCR in TCR C alpha(-/-) mice indeed rescues the development of inv. NKT cells, which home preferentially to the liver and respond to the CD1d-restricted ligand alpha-galactosylceramide (alpha-GalCer). However, unlike inv. NKT cells from non-Tg mice, the majority of NKT cells in V alpha 24 Tg mice display a double-negative phenotype, as well as a significant increase in TCR V beta 7 and a corresponding decrease in TCR V beta 8.2 use. Despite the forced expression of the human CD1d-restricted TCR in C alpha(-/-) mice, staining with mCD1d-alpha-GalCer tetramers reveals that the absolute numbers of peripheral CD1d-dependent T lymphocytes increase at most by 2-fold. This increase is accounted for mainly by an increased fraction of NK1.1(-) T cells that bind CD1d-alpha-GalCer tetramers. These findings indicate that human inv. V alpha 24 TCR supports the development of CD1d-dependent lymphocytes in mice, and argue for a tight homeostatic control on the total number of inv. NKT cells. Thus, human inv. V alpha 24 TCR-expressing mice are a valuable model to study different aspects of the inv. NKT cell subset.

Cutting edge: influence of the TCR V beta domain on the avidity of CD1d:alpha-galactosylceramide binding by invariant V alpha 14 NKT cells.

CD1d tetramers loaded with alpha-galactosylceramide (alpha-GalCer) bind selectively to mouse invariant Valpha14 (Valpha14i) NKT cells and their human counterparts. Whereas tetramer binding strictly depends on the expression of a Valpha14-Jalpha18 chain in murine NKT cells, the associated beta-chain (typically expressing Vbeta8.2 or Vbeta7) appears not to influence tetramer binding. In this study, we describe novel alpha-GalCer-loaded mouse and human CD1d-IgG1 dimers, which revealed an unexpected influence of the TCR-beta chain on the avidity of CD1d:alpha-GalCer binding. A subset of Valpha14i NKT cells clearly discriminated alpha-GalCer bound to mouse or human CD1d on the basis of avidity differences conferred by the Vbeta domain of the TCR-beta chain, with Vbeta8.2 conferring higher avidity binding than Vbeta7.

Characterization of tumor antigen specific CD8+ T cells and semi-invariant Vα24/Vβ11 NKT cells in tumor invaded liver

Summary: Detailed knowledge on tumor antigen expression and specific immune cells is required for a rational design of immunotherapy for patients with tumor invaded liver. In this study, we confirmed that Cancer/Testis (CT) tumor-associated antigens are frequently expressed in hepatocellular carcinoma (HCC) and searched for the presence of CD8+ T cells specific for these antigens. In 2/10 HLA-A2+ patients with HCC, we found that MAGE-A10 and/or SSX-2 specific CD8+ T cells naturally responded to the disease, since they were enriched in tumor lesions but not in non-tumoral liver. Isolated T cells specifically and strongly killed tumor cells in vitro, suggesting that these CTL were selected in vivo for high avidity antigen recognition, providing the rational for specific immunotherapy of HCC, based on immunization with CT antigens such as MAGE-Al 0 and SSX-2. Type 1 NKT cells express an invariant TCR α chain (Vα24.1α18, paired with Vβ11 in human) and share a specific reactivity to αGalactosylceramide (αGC) presented by CD1d. These cells can display paradoxical immuno-regulatory properties including strong anti-tumor effects upon αGC administration in murine models. To understand why NKT cells were not sufficiently protective against tumor development in patients with tumor invaded liver, we characterized the diversity of Vα24/Vβ11 NKT cells in healthy donors (HD) and cancer patients: NKT cells from HD and patients were generally diverse in terms of TCR β chain (Vβ11) variability and NKT cells from HD showed a variable recognition of αGC loaded CD 1 d multimers. Vα24/ Vβ11 NKT cells can be divided in 3 populations, the CD4, DN (CD4-/CD8-) and CD8 NKT cell subsets that show distinct ability of cytokine production. In addition, our functional analysis revealed that DN and CD8 subsets displayed a higher cytolytic potential and a weaker IFNγ release than the CD4 NKT cell subset. NKT cell subsets were variably represented in the blood of HD and cancer patients. However, HD with high NKT cell frequencies displayed an enrichment of the DN and CD8 subsets, and few of them were suggestive of an oligoclonal expansion in vivo. Comparable NKT cell frequencies were found between blood, non-tumoral liver and tumor of patients. In contrast, we identified a gradual enrichment of CD4 NKT cells from blood to the liver and to the tumor, together with a decrease of DN and CD8 NKT cell subsets. Most patient derived NKT cells were unresponsive upon αGalactosylceramide stimulation ex vivo; NKT cells from few patients displayed a weak responsiveness with different cytokine polarization. The NKT cell repertoire was thus different in tumor tissue, suggesting that CD4 NKT cells infiltrating tumors may be detrimental for protection against tumors and instead may favour the tumor growth/recurrence as recently reported in mice. Résumé en français scientifique : Afin de développer le traitement des patients porteurs d'une tumeur dans le foie par immunothérapie, de nouvelles connaissances sont requises concernant l'expression d'antigènes par les tumeurs et les cellules immunitaires spécifiques de ces antigènes. Nous avons vérifié que des antigènes associés aux tumeurs, tels que les antigènes « Cancer-Testis » (CT), sont fréquemment exprimés par le carcinome hepatocéllulaire (CHC). La recherche de lymphocytes T CD8+ spécifiques (CTL) de ces antigènes a révélé que des CTL spécifiques de MAGE-A10 et/ou SSX-2 ont répondu naturellement à la tumeur chez 2/10 patients étudiés. Ces cellules étaient présentes dans les lésions tumorales mais pas dans le foie adjacent. De plus, ces CTL ont démontré une activité cytolytique forte et spécifique contre les cellules tumorales in vitro, ce qui suggère que ces CTL ont été sélectionnés pour une haute avidité de reconnaissance de l'antigène in vivo. Ces données fournissent une base pour l'immunothérapie spécifique du CHC, en proposant de cibler les antigènes CT tels que MAGE-A10 ou SSX-2. Les cellules NKT de type 1 ont une chaîne α de TCR qui est invariante (chez l'homme, Vα24Jα18, apparié avec Vβ11) et reconnaissent spécifiquement l'αGalactosylceramide (αGC) présenté par CD1d. Ces cellules ont des propriétés immuno¬régulatrices qui peuvent être parfois contradictoires et leur activation par l'αGC induit une forte protection anti-tumorale chez la souris: Afin de comprendre pourquoi ces cellules ne sont pas assez protectrices contre le développement des tumeurs dans le foie chez l'homme, nous avons étudié la diversité des cellules NKT Vα24/Vβ11 d'individus sains (IS) et de patients cancéreux. Les cellules NKT peuvent être sous-divisées en 3 populations : Les CD4, DN (CD4- /CD8-) ou CDS, qui ont la capacité de produire des cytokines différentes. Nos analyses fonctionnelles ont aussi révélé que les sous-populations DN et CD8 ont un potentiel cytolytique plus élevé et une production d'IFNγ plus faible que la sous-population CD4. Ces sous-populations sont représentées de manière variable dans le sang des IS ou des patients. Cependant, les IS avec un taux élevé de cellules NKT ont un enrichissement des sous- populations DN ou CDS, et certains suggèrent qu'il s'agit d'une expansion oligo-clonale in vivo. Les patients avaient des fréquences comparables de cellules NKT entre le sang, le foie et la tumeur. Par contre, la sous-population CD4 était progressivement enrichie du sang vers le foie et la tumeur, tandis que les sous-populations DN ou CD8 était perdues. La plupart des cellules NKT des patients ne réagissaient pas lors de stimulation avec l'αGC ex vivo et les cellules NKT de quelques patients répondaient faiblement et avec des polarisations de cytokines différentes. Ces données suggèrent que les cellules NKT CD4, prédominantes dans les tumeurs, sont inefficaces pour la lutte anti-tumorale et pourraient même favoriser la croissance ou la récurrence tumorale. Donc, une mobilisation spécifique des cellules NKT CD4 négatives par immunothérapie pourrait favoriser l'immunité contre des tumeurs chez l'homme. Résumé en français pour un large public Au sein des globules blancs, les lymphocytes T expriment un récepteur (le TCR), qui est propre à chacun d'entre eux et leur permet d'accrocher de manière très spécifique une molécule appelée antigène. Ce TCR est employé par les lymphocytes pour inspecter les antigènes associés avec des molécules présentatrices à la surface des autres cellules. Les lymphocytes T CD8 reconnaissent un fragment de protéine (ou peptide), qui est présenté par une des molécules du Complexe Majeur d'Histocompatibilité de classe I et tuent la cellule qui présente ce peptide. Ils sont ainsi bien adaptés pour éliminer les cellules qui présentent un peptide issu d'un virus quand la cellule est infectée. D'autres cellules T CD8 reconnaissent des peptides comme les antigènes CT, qui sont produits anormalement par les cellules cancéreuses. Nous avons confirmé que les antigènes CT sont fréquemment exprimés par le cancer du foie. Nous avons également identifié des cellules T CD8 spécifiques d'antigènes CT dans la tumeur, mais pas dans le foie normal de 2 patients sur 10. Cela signifie que ces lymphocytes peuvent être naturellement activés contre la tumeur et sont capables de la trouver. De plus les lymphocytes issus d'un patient ont démontré une forte sensibilité pour reconnaître l'antigène et tuent spécifiquement les cellules tumorales. Les antigènes CT représentent donc des cibles intéressantes qui pourront être intégrés dans des vaccins thérapeutiques du cancer du foie. De cette manière, les cellules T CD8 du patient lui-même pourront être induites à détruire de manière spécifique les cellules cancéreuses. Un nouveau type de lymphocytes T a été récemment découvert: les lymphocytes NKT. Quand ils reconnaissent un glycolipide présenté par la molécule CD1d, ils sont capables, de manière encore incomprise, d'initier, d'augmenter, ou à l'inverse d'inhiber la défense immunitaire. Ces cellules NKT ont démontré qu'elles jouent un rôle important dans la défense contre les tumeurs et particulièrement dans le foie des souris. Nous avons étudié les cellules NKT de patients atteints d'une tumeur dans le foie, afin de comprendre pourquoi elles ne sont pas assez protectrice chez l'homme. Les lymphocytes NKT peuvent être sous-divisés en 3 populations: Les CD4, les DN (CD4-/CD8-) et les CD8. Ces 3 classes de NKT peuvent produire différents signaux chimiques appelés cytokines. Contrairement aux cellules NKT DN ou CDS, seules les cellules NKT CD4 sont capables de produire des cytokines qui sont défavorables pour la défense anti-tumorale. Par ailleurs nous avons trouvé que les cellules NKT CD4 tuent moins bien les cellules cancéreuses que les cellules NKT DN ou CD8. L'analyse des cellules NKT, fraîchement extraites du sang, du foie et de la tumeur de patients a révélé que les cellules NKT CD4 sont progressivement enrichies du sang vers le foie et la tumeur. La large prédominance des NKT CD4 à l'intérieur des tumeurs suggère que, chez l'homme, ces cellules sont inappropriées pour la lutte anti-tumorale. Par ailleurs, la plupart des cellules NKT de patients n'étaient pas capables de produire des cytokines après stimulation avec un antigène. Cela explique également pourquoi ces cellules ne protègent pas contre les tumeurs dans le foie.

Targeted expression of human CD1d in transgenic mice reveals independent roles for thymocytes and thymic APCs in positive and negative selection of Valpha14i NKT cells.

CD1d-dependent invariant Valpha14 (Valpha14i) NKT cells are innate T lymphocytes expressing a conserved semi-invariant TCR, consisting, in mice, of the invariant Valpha14-Jalpha18 TCR alpha-chain paired mostly with Vbeta8.2 and Vbeta7. The cellular requirements for thymic positive and negative selection of Valpha14i NKT cells are only partially understood. Therefore, we generated transgenic mice expressing human CD1d (hCD1d) either on thymocytes, mainly CD4+ CD8+ double positive, or on APCs, the cells implicated in the selection of Valpha14i NKT cells. In the absence of the endogenous mouse CD1d (mCD1d), the expression of hCD1d on thymocytes, but not on APCs, was sufficient to select Valpha14i NKT cells that proved functional when activated ex vivo with the Ag alpha-galactosyl ceramide. Valpha14i NKT cells selected by hCD1d on thymocytes, however, attained lower numbers than in control mice and expressed essentially Vbeta8.2. The low number of Vbeta8.2+ Valpha14i NKT cells selected by hCD1d on thymocytes was not reversed by the concomitant expression of mCD1d, which, instead, restored the development of Vbeta7+ Valpha14i NKT cells. Vbeta8.2+, but not Vbeta7+, NKT cell development was impaired in mice expressing both hCD1d on APCs and mCD1d. Taken together, our data reveal that selective CD1d expression by thymocytes is sufficient for positive selection of functional Valpha14i NKT cells and that both thymocytes and APCs may independently mediate negative selection.

Ligand-dependent inhibition of CD1d-restricted NKT cell development in mice transgenic for the activating receptor Ly49D.

In addition to their CD1d-restricted T cell receptor (TCR), natural killer T (NKT) cells express various receptors normally associated with NK cells thought to act, in part, as modulators of TCR signaling. Immunoreceptor-tyrosine activation (ITAM) and inhibition (ITIM) motifs associated with NK receptors may augment or attenuate perceived TCR signals respectively, potentially influencing NKT cell development and function. ITIM-containing Ly49 family receptors expressed by NKT cells are proposed to play a role in their development and function. We have produced mice transgenic for the ITAM-associated Ly49D and ITIM-containing Ly49A receptors and their common ligand H2-Dd to determine the importance of these signaling interplays in NKT cell development. Ly49D/H2-Dd transgenic mice had selectively and severely reduced numbers of thymic and peripheral NKT cells, whereas both ligand and Ly49D transgenics had normal numbers of NKT cells. CD1d tetramer staining revealed a blockade of NKT cell development at an early precursor stage. Coexpression of a Ly49A transgene partially rescued NKT cell development in Ly49D/H2-Dd transgenics, presumably due to attenuation of ITAM signaling. Thus, Ly49D-induced ITAM signaling is incompatible with the early development of cells expressing semi-invariant CD1d-restricted TCRs and appropriately harmonized ITIM-ITAM signaling is likely to play an important role in the developmental program of NKT cells.

CD1d-antibody fusion proteins target iNKT cells to the tumor and trigger long-term therapeutic responses.

Despite the well-established antitumor activity of CD1d-restricted invariant natural killer T lymphocytes (iNKT), their use for cancer therapy has remained challenging. This appears to be due to their strong but short-lived activation followed by long-term anergy after a single administration of the CD1d agonist ligand alpha-galactosylceramide (αGC). As a promising alternative, we obtained sustained mouse iNKT cell responses associated with prolonged antitumor effects through repeated administrations of tumor-targeted recombinant sCD1d-antitumor scFv fusion proteins loaded with αGC. Here, we demonstrate that CD1d fusion proteins bound to tumor cells via the antibody fragment specific for a tumor-associated antigen, efficiently activate human iNKT cell lines leading to potent tumor cell lysis. The importance of CD1d tumor targeting was confirmed in tumor-bearing mice in which only the specific tumor-targeted CD1d fusion protein resulted in tumor inhibition of well-established aggressive tumor grafts. The therapeutic efficacy correlated with the repeated activation of iNKT and natural killer cells marked by their release of TH1 cytokines, despite the up-regulation of the co-inhibitory receptor PD-1. Our results demonstrate the superiority of providing the superagonist αGC loaded on recombinant CD1d proteins and support the use of αGC/sCD1d-antitumor fusion proteins to secure a sustained human and mouse iNKT cell activation, while targeting their cytotoxic activity and cytokine release to the tumor site.

Evaluation of a recombinant p24 antigen for the detection of Feline Immunodeficiency Virus-specific antibodies

Feline Immunodeficiency Virus is a worldwide infection and is considered a significant pathogen. The diagnosis of FIV infections is mainly based on commercially available rapid tests that are highly expensive in Brazil, hence it is rarely performed in the country. Furthermore, lentiviruses grow slowly and poorly in tissue cultures, making the production of viral antigen by classic means and thus the establishment of FIV immunodiagnosis impracticable. In order to deal with this, recombinant DNA techniques were adopted to produce the protein p24, a viral capsid antigen. The protein's reactivity evaluation analyzed by Western blot indicated that this recombinant antigen can be a useful tool for the immunodiagnostic of FIV infections.

Identification of a Highly Antigenic Linear B Cell Epitope within Plasmodium vivax Apical Membrane Antigen 1 (AMA-1)

Apical membrane antigen 1 (AMA-1) is considered to be a major candidate antigen for a malaria vaccine. Previous immunoepidemiological studies of naturally acquired immunity to Plasmodium vivax AMA-1 (PvAMA-1) have shown a higher prevalence of specific antibodies to domain II (DII) of AMA-1. In the present study, we confirmed that specific antibody responses from naturally infected individuals were highly reactive to both full-length AMA-1 and DII. Also, we demonstrated a strong association between AMA-1 and DII IgG and IgG subclass responses. We analyzed the primary sequence of PvAMA-1 for B cell linear epitopes co-occurring with intrinsically unstructured/ disordered regions (IURs). The B cell epitope comprising the amino acid sequence 290-307 of PvAMA-1 (SASDQPTQYEEEMTDYQK), with the highest prediction scores, was identified in domain II and further selected for chemical synthesis and immunological testing. The antigenicity of the synthetic peptide was identified by serological analysis using sera from P. vivax-infected individuals who were knowingly reactive to the PvAMA-1 ectodomain only, domain II only, or reactive to both antigens. Although the synthetic peptide was recognized by all serum samples specific to domain II, serum with reactivity only to the full-length protein presented 58.3% positivity. Moreover, IgG reactivity against PvAMA-1 and domain II after depletion of specific synthetic peptide antibodies was reduced by 18% and 33% (P = 0.0001 for both), respectively. These results suggest that the linear epitope SASDQPTQYEEEMTDYQK is highly antigenic during natural human infections and is an important antigenic region of the domain II of PvAMA-1, suggesting its possible future use in pre-clinical studies.

Dendritic Cells Transfected with scFv from Mab 7.B12 Mimicking Original Antigen gp43 Induces Protection against Experimental Paracoccidioidomycosis

Paracoccidioidomycosis (PCM), endemic in Latin America, is a progressive systemic mycosis caused by Paracoccidioides brasiliensis (P. brasiliensis), which primarily attacks lung tissue. Dendritic cells (DCs) are able to initiate a response in naive T cells, and they also participate in Th-cell education. Furthermore, these cells have been used for therapy in several disease models. Here we transfected DCs with a plasmid (pMAC/PS-scFv) encoding a single chain variable fragment (scFv) of an anti-Id antibody that is capable of mimicking gp43, the main antigenic component of P. brasiliensis. First, Balb/c mice were immunized subcutaneously with pMAC/PS-scFv and, after seven days, scFv protein was presented to the regional lymph nodes cells. Moreover, we showed that the DCs transfected with scFv were capable of efficiently activating proliferation of total lymph node cells and inducing a decrease in lung infection. Therefore, our results suggested that the use of scFv-transfected DCs may be a promising therapy in the paracoccidioidomycosis (PCM) model.

An AC-5 cathepsin B-like protease purified from Haemonchus contortus excretory secretory products shows protective antigen potential for lambs

The immunogenic properties of cysteine proteases obtained from excretory/secretory products (ES) of Haemonchus contortus were investigated with a fraction purified with a recombinant H. contortus cystatin affinity column. The enrichment of H. contortus ES for cysteine protease was confirmed with substrate SDS-PAGE gels since the cystatin-binding fraction activity was three times higher than total ES, despite representing only 3% of total ES. This activity was inhibited by a specific cysteine protease inhibitor (E64) and by recombinant cystatin. The one-dimensional profile of the cystatin-binding fraction displayed a single band with a molecular mass of 43 kDa. Mass spectrometry showed this to be AC-5, a cathepsin B-like cysteine protease which had not been identified in ES products of H. contortus before. The cystatin binding fraction was tested as an immunogen in lambs which were vaccinated three times (week 0, 2.5 and 5), challenged with 10 000 L3 H. contortus (week 6) before necropsy and compared to unvaccinated challenge controls and another group given total ES (n = 10 per group). The group vaccinated with cystatin-binding proteins showed 36% and 32% mean worm burden and eggs per gram of faeces (EPG) reductions, respectively, compared to the controls but total ES was almost without effect. After challenge the cystatin-binding proteins induced significantly higher local and systemic ES specific IgA and IgG responses.

Expression of recombinant Araraquara Hantavirus nucleoprotein in insect cells and its use as an antigen for immunodetection compared to the same antigen expressed in Escherichia coli

Background: Antigens for Hantavirus serological tests have been produced using DNA recombinant technology for more than twenty years. Several different strategies have been used for that purpose. All of them avoid the risks and difficulties involved in multiplying Hantavirus in the laboratory. In Brazil, the Araraquara virus is one of the main causes of Hantavirus Cardio-Pulmonary Syndrome (HCPS). Methods: In this investigation, we report the expression of the N protein of the Araraquara Hantavirus in a Baculovirus Expression System, the use of this protein in IgM and IgG ELISA and comparison with the same antigen generated in E. coli. Results: The protein obtained, and purified in a nickel column, was effectively recognized by antibodies from confirmed HCPS patients. Comparison of the baculovirus generated antigen with the N protein produced in E. coli showed that both were equally effective in terms of sensitivity and specificity. Conclusions: Our results therefore indicate that either of these proteins can be used in serological tests in Brazil.